寄生振荡产生的原因和排除方法

关键词：寄生振荡；杂散电容；线间电感
　　摘　要　研讨了寄生振荡产生的原因，提出了排除寄生振荡的七种方法。
　　1　引言
　　在部分电子医疗仪器中，设有增益较高的多级高频放大电路，由于元件排列和电路结构上存在问题，或者在运输、修理和维护时不注意，碰动了元件的位置，都可能引起信号耦合而产生有害的寄生振荡。
　　2　寄生振荡产生的原因
　　寄生振荡的产生大都是由于放大器的输出通过难于查觉的感应回路，反馈至输入端产生的。如图1中的两极放大器，A₁和A₂若它们各自的输入和输出信号都相反，即相差180°，放大器A₂的输出信号即使通过某种感应支路而反馈到它本身的输入端，因两者相位差180°，是负反馈，故不会引起振荡。若A₂的输出端反馈至A₁的输入端，因而信号相位相同，形成正反馈，电路就有可能产生振荡。 图1
　　在多极放大器中，特别是高频脉冲信号，由于它的谐波分量极其丰富，放大器对不同频率的信号成分的放大系数、反馈系数与相位都不同，所以就有可能在某一频率上产生寄生振荡而破坏放大器的工作特性。
　　设两个频率为f_l和f_h的正弦波信号叠加在一起而通过一根导线，该导线可等效为图2的一个网络。 图2
　　设：引线电感L=25μh；杂散电容C=4pf；导线电阻r=0.01Ω
　　对输入低频f_l10KHZ、e_i2V的信号而言，其输出电压e₀根据公式：
　　对输入高频fh16MHZ,e_i0.01V的信号，输出电压e＇₀根据公式：


 　　通过解题可知，输入低频10KHZ，2v的信号电压通过导线(线路)后，信号电压没有什么变化；而在同一根导线(线路)里输入高频 16MHZ，0.01v的信号电压，在输出端的信号电压竟增高近100倍。这足以看出导线上的引线电压和杂散电容产生的谐振对高频信号的放大和传输造成的 危害。
　　当信号频率变化时，不仅信号的输出幅度随频率的不同而大小变化，而且相位也将随频率的不同而有不同的偏移。从一个简单的串联回路上可以看出相移和频率的关系，见图3。 图3
　　当频率低时，电阻两端电压e_R超前输入信号电压θ角。 　　当频率高时，电阻两端电压e_R滞后输入信号电压φ角。 　　放大器也会因相移随频率不同而改变，当某一频率在放大环路中产生180°的相移而放大系数≥1时，该频率就可能产生寄生振荡。3　寄生振荡的排除方法
　　对电子电路中产生的寄生振荡，因为它有很大的偶然性，因此要查明原因和找出振荡源，往往是一件非常麻烦的工作，即使找到了振荡源，要排除这种有害的寄 生振荡也绝非易事。一旦碰到电路产生自激振荡，首先应判断是连续振荡、间歇振荡或者是瞬间的衰减振荡。振荡大致在这三个部位：(1)放大电路本身；(2) 人为的反馈支路；(3)布线和元器件的部位安装、安排不当或有了改变。
　　迅速排除寄生振荡有以下七种方法：
　　①电阻反馈法
　　在放大器的输入端串入几十至几百欧姆的电阻、消耗反馈能量，降低放大器的增益。
　　②专用工具推拉法
　　可用自制的专用工具，推拉有关元件和布线的位置，观察振荡变化和消除的情况。
　　③敲击法
　　敲击机壳和底板，看振荡是否有变化。有些设备因接地点焊接不牢或底板镙丝松动也会引起电子线路的自激。
　　④顺次接地试探法
　　用0.1μf涤伦电容器一只，使有关电路逐一接地，由末级开始，顺序向前，探查出振荡停止的那部分电路。
　　⑤直接短路法
　　把各级放大器输入端逐级短路，探查振荡发生在哪一级，从而确定振源的部位。
　　⑥直流电压表监视法
　　在检汉输出端用普通电压表监视，由前向后逐级屏蔽，观察电压表的变化，查出振源的部位。
　　⑦示波器探测法
　　在有条件的情况下，可用方波发生器由后向前逐级输入方波信号，在放大器的输出端用示波器进行观察。根据方波前后沿的变化稳定度来判断放大电路工作是否稳定或处于临振状态。
　　在一些有多级高频放大器的医疗仪器中的高频部分，若产生了寄生振荡，采用上述方法能使医疗仪器维修人员在短时间内排除该故障，对于维修人员提高修理质量和工作效率，保证仪器的完好率，有着一定的适用性，因而是一种较理想的方法。